[發明專利]一種磁光協同的電催化劑評價裝置

有效

• 申請號: 201711098724.4
• 申請日: 2017-11-09
• 公開（公告）號: CN107907581B
• 公開（公告）日: 2019-09-13
• 發明（設計）人: 閆存極;張凱;李鑫;肖立業
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: G01N27/416
• 分類號: G01N27/416;G01N27/48;G01N27/30
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 關玲

一種磁光協同的電催化劑評價裝置，由電化學反應單元、電化學測試單元、磁場發生單元和光照控制單元組成。所述電化學反應單元包括電解池、工作電極、參比電極和對電極。所述工作電極是涂覆待測催化劑薄膜的旋轉圓盤電極或旋轉環盤電極，位于磁場發生單元產生的穩恒磁場中。所述磁場發生單元為電催化反應提供穩恒磁場。所述光照控制單元為電催化反應提供光照，光照射在電化學反應單元的工作電極上。

技術領域

本發明涉及一種電催化劑評價裝置。

背景技術

風力發電、光伏發電、太陽能光熱發電等可再生能源電力在世界范圍內取得了飛速發展，但對可再生能源的消納能力不足及其并網時對電網穩定性的威脅，已經成為制約可再生能源發電產業發展的主要原因。利用可再生能源電力分解水制氫從而將電能轉化為化學能存儲起來已越來越受到重視。氫儲能的能量密度高且無污染，是一種可同時適用于極短或極長時間供電的能量儲備技術方式，被認為是極具潛力的新型大規模儲能技術。

電解水的理論分解電壓為1.23V，但在真實溶液環境和實際操作中由于氧氣和氫氣生成過程中的過電位、電解液電阻、氣泡效應、電極接觸及其它電阻等造成的電能損耗的存在，實際的槽工作電壓常遠遠高出理論值，因此探索低能耗且廉價的水電解制氫工藝是氫能開發利用亟待解決的重要課題。

理論上，利用磁場、光場等外場可強化電催化反應過程。比如，適當的光照條件可促進反應體系中激發態分子、自由基離子等具有較強反應活性的中間體物種的形成。適當的磁場施加會通過對電子自旋態的調控改變反應體系中催化劑表面能級結構和自由基反應過程。而且，同時施加磁場和光照會產生疊加和協同效應。因此，研究磁光協同的電解水性能有助于發展廉價高效的水電解制氫工藝。

但是，傳統的電化學系統不適合開展磁光協同條件下的電解水催化反應過程的研究，主要問題有：

(1)若在傳統電解池上直接施加磁場，磁場會通過洛侖茲力作用影響電極表面的傳質過程，使客觀評價磁光協同條件下的電催化劑的電化學反應動力學過程很困難。

(2)水電解過程會有大量氣泡產生，既妨礙電極表面傳質過程，也會遮蓋電催化劑表面活性位點，而且氣泡在電催化劑表面的吸/脫附過程是動態變化的，不利于準確評價磁光協同條件下的電催化劑的電化學反應動力學過程。

(3)傳統三電極電解池中的三個電極在空間上彼此距離較近，當向工作電極施加磁場和光照時，不可避免會也會影響參比電極和對電極，不利于準確評價磁光協同條件下工作電極上的電催化反應過程。